水玻璃型砂的配制方法详解

水玻璃砂是用水玻璃黏结剂配制而成的化学硬化砂。这种型（芯）砂具有生产周期短，操作简便，易于机械化、自动化生产等优点；其缺点是溃散性差、硬化强度不高。水玻璃砂有多种硬化方法，因此型（芯）砂的配比和性能也不同，生产中应根据不同的生产条件选用。

1.水玻璃CO₂硬化砂的配制

水玻璃CO₂硬化砂在铸钢件生产中作为主体型（芯）砂，硬化方法是：在大型砂型和砂芯上扎出若干ϕ6～ϕ10mm的吹气孔，将吹管插入并通以CO₂气，砂型（芯）硬化后起模；中小型砂型和砂芯可以用不透气的塑料膜或其他气罩把整个砂型和砂芯封住，向气罩内吹CO₂气，CO₂气通过扎气孔进入砂型（芯）硬化；对于中小型砂型和砂芯，也可以在模样（芯盒）上设置吹气孔通入CO₂气进行硬化。

CO₂是一种干燥剂，吹CO₂起脱水作用，使型（芯）砂中的硅酸凝胶或水玻璃脱水而硬化。硬化时间根据砂型（芯）的大小，一般只要几秒钟到几分钟，模数高、密度大的水玻璃硬化时间相应较短。水玻璃CO₂硬化砂的强度主要取决于水玻璃凝胶膜的强度。凝胶形成缓慢，收缩应力小则强度就高。夏天应用低模数水玻璃，冬天应采用模数高一些的水玻璃。

（1）水玻璃CO₂硬化砂的配制 铸钢件用水玻璃CO₂硬化砂的配比是在原砂中加入质量分数为4%～6%的水玻璃作黏结剂，加入质量分数为1%～3%的溃散剂，必要时可加入质量分数为0.5%～1%的水。溃散剂多采用高岭土、氧化铁粉、氧化镁粉或石灰石粉。

铸铁件用水玻璃CO₂硬化砂的配比是：用质量分数为50%～60%的原砂，再加入质量分数为40%～50%的再生旧砂，质量分数为4%～5%的水玻璃，质量分数为2%～3%的溃散剂，必要时加入质量分数为0.5%～1.5%的水。溃散剂选用糠醛渣、重油、煤粉、高岭土或膨润土、木屑等。水玻璃CO₂硬化砂的配比见表3-4。

表3-4 水玻璃CO₂硬化砂的配比（质量分数，%）

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（2）水玻璃CO₂硬化砂的混制 这种型（芯）砂可以在任何混砂机中混制。首先起动混砂机空转，加入原砂和旧砂，再加入粉状材料干混1～2min，使干料混合均匀，不停机加入水和水玻璃液体湿混2～3min使之均匀。如果要加重油，应在水玻璃加入后混1min，再加入重油混制1～2min。水玻璃CO₂硬化砂混制时间要尽量短，整个混制时间控制在3～5min内。混制时间延长将使硬化强度降低，甚至变干而无法使用。硬化砂混合均匀后应立即卸入有盖容器中，或用湿麻袋盖上防止水分挥发。水玻璃CO₂硬化砂只能短期储存。

2.烘干硬化水玻璃砂的配制

烘干硬化水玻璃砂型或砂芯加热到180～200℃脱水后得到玻璃状的硅酸钠，形成高强度砂型和砂芯。这种砂的烘干硬化方法较多，有的采用造型后吹短时间的CO₂使砂型达到一定强度后起模，再送入普通烘干窑烘干硬化，也可以吹热风硬化、热芯盒烘干硬化、微波硬化等。烘干硬化水玻璃砂的水玻璃用量较少，砂型烘干后易吸湿而降低强度，可采用高模数水玻璃，在混制时加入占砂的质量分数为0.25%的碳酸锌抗湿，或采用抗湿性水玻璃。

（1）烘干硬化水玻璃砂的配制 烘干硬化水玻璃砂的用砂粒度与水玻璃CO₂硬化型（芯）砂相同，配比见表3-5。(www.xing528.com)

（2）烘干硬化水玻璃砂的混制 混制方法与水玻璃CO₂硬化砂相同，仍然是先干混后湿混，混砂时间很短。

3.水玻璃自硬砂的配制

水玻璃自硬砂是在型（芯）砂混制时加入硬化剂而自硬，砂型（芯）硬化后起模，省去了吹CO₂和烘干等过程，能节省操作工序和材料消耗。硬化剂分为粉状和液体两类。

（1）粉状硬化剂水玻璃自硬砂 粉状硬化剂主要有硅铁粉、硅酸二钙、氟硅酸钠。硅酸盐水泥、赤泥、炉渣中的主要成分为硅酸二钙，水玻璃因硅酸二钙的吸水、水分蒸发和与空气中的CO₂作用而自行硬化。

表3-5 烘干硬化水玻璃砂的配比（质量分数，%）

1）粉状硬化剂水玻璃自硬砂的配制：夏天温度较高，硅酸二钙自硬砂的可使用时间很短，要求混制的型（芯）砂含水量稍高一些，使用低模数水玻璃，适当减少硬化剂加入量。冬天室温低，砂型自硬时间长，要减少含水量，采用较高模数的水玻璃，以缩短硬化时间。硅酸钙水玻璃自硬砂的配比见表3-6。

表3-6 水玻璃自硬砂的配比（质量分数，%）

2）粉状硬化剂水玻璃自硬砂的混制：将原砂放入混砂机，再将粉状硬化剂和附加物加入，将干混合料混合2～3min，使干料混合均匀，然后加入水和水玻璃等液体料湿混1～2min，混匀即卸料，并马上用于型（芯）制造。

（2）液体硬化剂水玻璃自硬砂 液体硬化剂主要是含有多元醇和弱酸形成的有机脂，在型（芯）砂中使用的大多都是混合脂。其他液体硬化剂如乙二醛、氟硅酸、氯化钙水溶液，都能使水玻璃砂自硬，但自硬砂的性能不如有机脂的好，故较少应用。

1）液体硬化剂水玻璃自硬砂的配制：这种自硬砂的强度与水玻璃的加入量、硬化剂的种类及加入量、室温等有关。有机脂液体硬化剂水玻璃自硬砂的配比见表2-6。

2）液体硬化剂水玻璃自硬砂的混制：混砂时先起动混砂机，加入原砂，再加入液体硬化剂，稍混一下（1min）后再加入水玻璃黏结剂湿混1～2min。混砂时间要尽量缩短，混匀即可。由于这种砂的可使用性时间很短，因此应选用连续式或振动式高速混砂机。